Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
висимость между v и [S] приближается к линейнйй, хотя никогда и не достигает ее. При увеличении концентрации субстрата, в конце концов все активные центры фермента оказываются насыщенными. Если выразить графически зависимость между скоростью реакции и концентрацией субстрата, то сначала прй очень низких концентрациях она будет носить линейный характер. Однако'по мере приближения к насыщению зависимость, начнет отклоняться от линейной (рис. 6.2).
Таким образом, эта кривая является частью прямоугольной гиперболы, которая приближается к теоретическому максимуму Vmax (максимальная скорость), но никогда не достигает его' (или достигает при бесконечно высоких концентрациях субстрата). Величина- Ушах характерна для данного фермента, взятого в определенной концентрации. Фермент характеризуется также константой Михаэлиса (Км.), равной концентрации субстрата, при которой достигается .половина максимальной скорости. Дополнительное преимущество константы Михаэлиса состоит в том, что она не зависит -от концентрации фермента ;(рис. 6.2).
(На практике максимальную скорость не определяют путем повышения концентрации субстрата до бесконечности, так как это нецелесообразно. Вместо этого часто пользуются следующим приемом: в качестве координат откладывают обратные величины скорости и концентрации субстрата 1/и и 1/[5]; при этом вместо гиперболы получают прямую линию. При бесконечно' большой [5] ее обратная величина 1/[5] бесконечно мала, т. е. равна нулю, и точка пересечения прямой с вертикальной осью (рис. 6.3) соответствует 1/Vmax. Аналогичным образом 1/Км. на этом графике соответствует отрицательному значению величины, при которой экстраполированная кривая пересекает горизонтальную ось.)
Константа Михаэлиса обратно пропорциональна сродству фермента к субстрату. В нескольких словах это можно сформулировать так: если ферменту требуется много субстрата для того, чтобы он мог работать с высокой скоростью (большая величина Км), следовательно, он обладает низким сродством к субстрату. Очевидно, карбоксилаза активно функционирует в присутствии низких концентраций С02 благодаря высокому сродству к этому субстрату (низкая величина Км). Ферменты, катализирующие реакции, представленные уравнениями (6.4) и (6.5), удовлетворяют этому требованию. Фосфоенолпируват-карбоксилаза [катализатор реакции (6.4)] была впервые описана в 1954 г., и уже тогда отмечалось ее высокое сродство к С02/бикарбонату. Открытая примерно в это же время РуБФ-карбоксилаза породила значительные трудности, которые не удавалось разрешить долгие годы. Дело в том, что для работы
Рис. 6,3. Преобразование зависимости, приведенной на рис. 6.2, с использованием обратных величии скорости реакции и концентрации позволяет гиперболические кривые перевести в более удобную для расчетов форму-— в прямые. При [S]=oo 1/[S]=0 и точки пересечения с вертикальной осыо дадут величины l/Vmax для каждой концентрации фермента. (Теоретически максимальная скорость достигается в присутствии бесконечно высоких концентраций субстрата.) Величину Кж можно получить так же, как и на рис. 6.2, проведя вертикальную линию из точек, соответствующих обратным величинам половины максимальных скоростей. Одиако проще провести экстраполяцию к точке пересечения с отрицательной горизонтальной осыо, что даст ту же числовую величину 1 //См, но со знаком минус.
с •— Ушах этому ферменту требовалось 6% СОй, а это противоречило представлению о его предполагаемой роли in vivo. Впоследствии было установлено, что опыты проводились с частично инактивированным ферментом; при условии же соответствующей активации РуБФ-карбоксилаза по сродству к СОй не усту-.пала ФЕП-карбоксилазе.
(Теоретически величина Vmax так же важна для фермента, как и сродство к субстрату. Иными словами, все равно, сколько субстрата требуется ферменту для функционирования с нужной скоростью, лишь бы организм содержал достаточное количество фермента. Однако на практике возможны пространственные ограничения в отношении данного катализатора. Во всяком случае, РуБФ-карбоксилаза является основным белком стромы и может составлять до половины всех белков в тканях листа. Столь высокое содержание этого фермента отражает выработавшуюся в процессе эволюции способность сохранять фотосинте-тическую активность вопреки падению концентрации СО? и воз.-
растанию концентрации 02, которые были вызваны этой же активностью.)
Источники данных: [7, 17, 18, 19, 26, 34, 39, 42, 44, 53, 54].
6.6. Основные характеристики карбоксилирования
Главный механизм карбоксилирования при фотосинтезе обязан отвечать следующим четырем требованиям:
1. Должен обеспечивать регенерацию акцептора СОй.
2. Должен функционировать автокаталитически в качестве производительной реакции, в ходе которой субстрата образуется больше, чем используется.
3. Равновесие реакции карбоксилирования должно быть энергетически очень выгодным, чтобы компенсировать низкую концентрацию С02 в окружающей среде.
4. Катализирующая реакцию карбоксилаза должна обладать высоким сродством к С02, чтобы ее функционирование при низкой концентрации С02 было эффективным.
